JP2015070497A - 信号分析装置、同期システム、及び同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の信号分析装置の位相、タイミングを同期し、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることが可能な信号分析装置、同期システム、及び同期方法を提供する。【解決手段】Ａ／Ｄ変換された位相変調信号を外部から入力されたトリガ信号のタイミングを基準とした時刻に対応付けた同期用データとして出力する同期用データ生成部１９ａと、前記同期用データと外部から入力された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及び時間差を同期補正値として算出することが可能な同期補正値算出部１９ｃと、前記同期補正値、または、外部から入力された同期補正値に基づいて、被測定対象から出力されたＲＦ信号の振幅、位相、及び時間の補正を行う補正部１９ｄとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、信号分析装置、同期システム、及び同期方法に関する。

近年、大容量コンテンツサービスなどの普及により、伝送速度（スループット）の大幅な向上が求められている。例えば、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）によるＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）においては、このような要求に応える技術としてＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式などが採用されている。

ＭＩＭＯ方式とは、送信側の複数（Ｍ個）のアンテナと受信側の複数（Ｎ個）のアンテナ間に形成されるＭ×Ｎの経路を用いて高速なデータ通信を行う方式である。

このように、複数の異なる信号を同時に送受信する通信システムに対して、送信側の信号の品質を評価する際には信号分析装置が用いられる。

信号分析装置としては、分析対象とする周波数（受信した周波数でもある）を一方の座標軸、分析した時間（受信した時間でもある）を他方の座標軸とする座標上に、分析して得られた各周波数の成分の大きさをパラメータとして３次元的表示を行うものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００９−２５０７１９号公報 特開２００９−２５０７１７号公報

複数の信号分析装置をトリガ信号により同期させて測定を行う際に、複数の信号分析装置をケーブル接続する方式としては、スター接続とデイジーチェーン接続が挙げられる。

デイジーチェーン接続は、複数の信号分析装置を数珠繋ぎする方式であり、信号分析装置の台数が多い場合においても装置間のケーブル配線が容易に行えるという利点がある。一方で、ケーブルの長さを同一にできないため、それぞれの信号分析装置に同時にトリガを掛けることが困難となる。

これに対して、スター接続の場合は、分岐回路（ハブ）を中心に、複数の信号分析装置がケーブルで接続される。このとき、ケーブルの長さを厳密に一致させることにより、各信号分析装置に同時にトリガを掛けることが可能となる。

しかしながら、特許文献１，２に開示されたような従来の信号分析装置においては、下記の要因によって、複数の信号分析装置間で位相・振幅・タイミングのずれが生じていた。

・複数の被測定対象と複数の信号分析装置とを接続する複数のＲＦケーブルの長さの差
・複数の信号分析装置同士を接続する複数のトリガケーブルの長さの差
・複数の信号分析装置の信号入力端子からＡ／Ｄ変換部までの経路差
・複数の信号分析装置のＡ／Ｄ変換部におけるＡＤＣクロックの立ち上がりの時間差
・複数の信号分析装置のローカル信号の位相差

従来、２台の信号分析装置の処理のタイミング差を求める場合には、下記のような相互相関関数による評価を行うことがある。

１台目の信号分析装置側のＡ／Ｄ変換後の被測定信号のデータ列をｓ_１（ｎ）、２台目の信号分析装置側のＡ／Ｄ変換後の被測定信号のデータ列をｓ_２（ｎ）とすると、相互相関関数φ_１，２（ｍ）は数１のように与えられる。ここで、Ｎはデータ列の平均範囲を示している。

数１のピークの位置を見つけ出すことにより、ＡＤＣクロックの確度で、データ列ｓ_１（ｎ），ｓ_２（ｎ）間のタイミング差を推定することができる。しかしながら、ＡＤＣクロックは通常１００ＭＨｚ程度であるため、１０ｎｓのタイミング差までしか推定できないことになる。

以上のように、従来は複数の信号分析装置の位相・タイミングを同期することが考慮されていないため、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることができないという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、複数の信号分析装置の位相、タイミングを同期し、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることが可能な信号分析装置、同期システム、及び同期方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の信号分析装置は、被測定対象から出力されたＲＦ信号に対して信号分析を行う信号分析装置であって、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、前記ＲＦ信号、または、外部からの位相変調信号が前記ローカル信号とともに入力され、当該ＲＦ信号または当該位相変調信号を所定の中間周波数帯の中間周波数信号に変換して出力するミキサ部と、前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルの信号列に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記ミキサ部に前記位相変調信号が入力された場合に、前記中間周波数信号を外部から入力されたトリガ信号のタイミングを基準とした時刻に対応付けた同期用データとして出力する同期用データ生成部と、前記同期用データ生成部から出力された前記同期用データと外部から入力された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及び時間差を同期補正値として算出することが可能な同期補正値算出部と、前記ミキサ部に前記ＲＦ信号が入力された場合に、前記同期補正値算出部によって算出された前記同期補正値、または、外部から入力された同期補正値に基づいて、前記ＲＦ信号の振幅、位相、及び時間の補正を行う補正部とを備える構成を有している。

この構成により、複数の信号分析装置を用いて同時並列に信号処理を行う場合に、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることが可能な信号分析装置を実現できる。

また、本発明の請求項２の同期システムは、複数台の上記の信号分析装置間の同期処理を行う同期システムであって、前記複数台の信号分析装置のうちの２台の前記ミキサ部に同一の位相変調信号を同時に入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力する信号発生器を備える構成を有している。

この構成により、複数の信号分析装置を用いて同時並列に信号処理を行う場合に、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることが可能な同期システムを実現できる。

また、本発明の請求項３の同期システムにおいては、前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期用データ生成部から出力された前記同期データが、前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記同期補正値算出部に入力される構成を有していても良い。

また、本発明の請求項４の同期システムにおいては、前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期補正値算出部から出力された前記同期補正値が、前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記補正部に入力される構成を有していても良い。

また、本発明の請求項５の同期方法は、複数台の上記の信号分析装置間の同期処理を行う同期方法であって、前記複数台の信号分析装置のうちの２台の前記ミキサ部に同一の位相変調信号を同時に入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力する位相変調信号入力段階と、前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期用データ生成部によって、前記ミキサ部から出力された前記位相変調信号の中間周波数信号に前記トリガ信号のタイミングを基準とした時刻を対応付けた同期用データを生成する同期用データ生成段階と、前記同期用データ生成段階で生成された前記同期用データと前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記同期用データ生成部によって生成された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及び時間差を同期補正値として算出する同期補正値算出段階と、前記２台の信号分析装置のいずれかの前記ミキサ部に被測定対象から出力されたＲＦ信号を入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力するＲＦ信号入力段階と、前記ＲＦ信号が入力された信号分析装置の前記同期用データ生成部によって、前記ミキサ部から出力された前記ＲＦ信号の中間周波数信号に前記トリガ信号のタイミングを基準とした時刻を対応付けたＲＦデータを生成するＲＦデータ生成段階と、前記同期補正値算出段階によって算出された前記同期補正値に基づいて、前記ＲＦデータの振幅、位相、及び時間の補正を行う補正段階とを含む。

本発明は、複数の信号分析装置の位相、タイミングを同期し、高い精度で複数の信号分析装置間の同期を取ることが可能な信号分析装置、同期システム、及び同期方法を提供する。

本発明の実施形態としての同期システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態としての同期システムが備える信号分析装置の詳細な構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態としての同期システムが備える信号分析装置の補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態としての同期システムを用いた同期方法を説明するためのグラフである。

以下、本発明に係る信号分析装置、同期システム、及び同期方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態としての同期システム１は、被測定対象から出力されたＲＦ信号に対して信号分析を行う複数台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・と、複数台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・のうちの２台に向けて同一の位相変調信号、及び、同一のトリガ信号をそれぞれ同時に出力する信号発生器１００とを備える。

複数台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・は、複数のＲＦケーブルにより、信号発生器１００、あるいは、複数の被測定対象のそれぞれと接続可能となっている。また、複数台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・同士は、トリガケーブルによりスター接続可能あるいはデイジーチェーン接続可能となっている。

この時、複数のＲＦケーブルの長さは全て等しい必要がある。一方、トリガケーブルの長さも全て等しいことが望ましいが、長さにずれがある場合には、このずれによる伝搬遅延時間が予め評価されている必要がある。

図２に信号分析装置ＳＡ１の詳細な構成の一例を示す。なお、他の信号分析装置ＳＡ２，ＳＡ３，・・・の構成も信号分析装置ＳＡ１の構成と同様である。信号分析装置ＳＡ１は、ＲＦ部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、信号解析部１５、表示部１６、操作部１７、制御部１８、及び同期処理部１９を筐体２０内に備える。

筐体２０は、トリガ入力端子１１、データ入出力端子１２、信号入力端子２１、及び基準周波数入力端子２２を有する。

ＲＦ部１３は、掃引部１３ａ、ローカル信号発生部１３ｂ、及びミキサ部１３ｃを有する。

ローカル信号発生部１３ｂは、例えばＰＬＬ回路（不図示）により構成されており、制御部１８から掃引部１３ａを介して測定周波数の中心周波数ｆｃの指示を受けて、ローカル周波数（ｆｃ＋ｆ_ＩＦ）のローカル信号を発振してミキサ部１３ｃへ送るようになっている。

本実施形態においては、全ての信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・が、同一の周波数基準を用いることが重要である。

このため、ローカル信号発生部１３ｂは、信号発生器１００あるいは外部の信号発生器から出力された基準周波数信号を基準周波数入力端子２２を介して受信し、当該受信した基準周波数信号をローカル信号発生部１３ｂ内のＰＬＬ回路の発振器（不図示）で発振される基準周波数信号に代えて用いることができるように構成されている。

あるいは、ローカル信号発生部１３ｂは、他の信号分析装置ＳＡ２，ＳＡ３，・・・のローカル信号発生部１３ｂあるいは外部の信号発生器から出力された発振周波数（ｆｃ＋ｆ_ＩＦ）のローカル信号を基準周波数入力端子２２を介して受信し、当該受信したローカル信号を自身が発振したローカル周波数（ｆｃ＋ｆ_ＩＦ）のローカル信号の代わりにミキサ部１３ｃに送ることができるように構成されていても良い。

ミキサ部１３ｃは、信号入力端子２１から入力されたＲＦ信号、または、信号発生器１００から出力された位相変調信号とローカル周波数（ｆｃ＋ｆ_ＩＦ）のローカル信号とをミキシングして中間周波数（ｆ_ＩＦ±ΔＦ_Ｍａｘ／２）の信号に変換して、当該中間周波数信号をＡ／Ｄ変換部１４へ送るようになっている。

Ａ／Ｄ変換部１４は、ＲＦ部１３から出力される中間周波数信号（周波数：ｆ_ＩＦ±ΔＦ_Ｍａｘ／２）を制御部１８からの所定のクロックでサンプリングして、デジタルデータに変換するようになっている。

同期処理部１９は、同期用データ生成部１９ａ、切替部１９ｂ、同期補正値算出部１９ｃ、及び補正部１９ｄを有する。ここで、同期処理部１９は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の論理回路によって構成される。

同期用データ生成部１９ａは、Ａ／Ｄ変換部１４から出力されるデジタルデータ（振幅値）を、測定周波数、トリガ信号のパルスのタイミングを基準としたクロックの経過時間をアドレスとして、メモリ領域に記憶するようになっている。記憶されたデジタルデータは、いわば時間領域のデータである。

以降は、上記の時間領域のデータが被測定対象から出力されたＲＦ信号に由来するものである場合には、これを「ＲＦデータ」と言う。一方、上記の時間領域のデータが位相変調信号に由来する場合には、これを「同期用データ」と言う。

また、切替部１９ｂは、「同期補正値算出モード」において、同期用データ生成部１９ａの出力側を、同期補正値算出部１９ｃの入力側、及び、データ入出力端子１２に接続し、同期用データ生成部１９ａから出力された同期用データを同期補正値算出部１９ｃに入力するとともに、データ入出力端子１２を介して外部に出力するようになっている。

一方、切替部１９ｂは、「ＲＦ信号測定モード」において、同期用データ生成部１９ａの出力側を、補正部１９ｄの入力側に接続し、同期用データ生成部１９ａから出力されたＲＦデータを補正部１９ｄに入力するようになっている。

なお、ＲＦ信号測定モードと同期補正値算出モードの選択は、操作者が操作部１７を介して行うことができるようになっている。

同期補正値算出部１９ｃは、同期用データ生成部１９ａで生成された同期用データと他の信号分析装置ＳＡ２，ＳＡ３，・・・のいずれかの同期用データ生成部１９ａによって生成された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及びタイミング差（時間差）を同期補正値として算出することができるようになっている。

なお、同期補正値算出部１９ｃは、必ずしも信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・内に備えられていなくても良く、外部制御装置（不図示）内に備えられていても良い。この場合には、例えば、データ入出力端子１２を介して、各信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・の同期用データ生成部１９ａ及び補正部１９ｄと、外部制御装置内の同期補正値算出部１９ｃとの間で、同期用データ及び同期補正値のやり取りが行われることとなる。

補正部１９ｄは、図３に示すように、振幅比が設定される振幅補正部１９ｄ−１、位相差が設定される位相補正部１９ｄ−２、及びタイミング差が設定されるタイミング補正部１９ｄ−３を有する。

振幅補正部１９ｄ−１は、ミキサ部１３ｃに被測定対象からのＲＦ信号が入力されるＲＦ信号測定モードにおいて、同期補正値算出部１９ｃによって算出された振幅比、または、他の信号分析装置ＳＡ２，ＳＡ３，・・・のいずれかの同期補正値算出部１９ｃによって算出された振幅比に基づいて、ＲＦデータの振幅の補正を行うことができるようになっている。

同様に、位相補正部１９ｄ−２は、信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・のいずれかの同期補正値算出部１９ｃによって算出された位相差に基づいて、ＲＦデータの位相の補正を行うことができるようになっている。

また、タイミング補正部１９ｄ−３は、信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・のいずれかの同期補正値算出部１９ｃによって算出されたタイミング差に基づいて、ＲＦデータのタイミングの補正を行うことができるようになっている。

さらに、補正部１９ｄは、同期補正値に基づいて補正されたＲＦデータを、補正後の時間をアドレスとしてメモリ領域に記憶するようになっている。

制御部１８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、装置全体の制御を行うようになっている。あるいは、制御部１８は、同期処理部１９と一体化されてＦＰＧＡやＡＳＩＣによって構成されていても良い。

信号解析部１５は、例えば、ＦＦＴ処理部１５ａ、検波部１５ｂ、ログ変換部１５ｃ、及び記憶部１５ｄを有し、ＲＦ信号測定モード時にＲＦ信号に対して信号解析処理を行うものである。

図２に示した構成では、信号解析部１５がＦＦＴ処理を行うとしているが、これはあくまで一例であり、信号解析部１５の処理方法がＦＦＴ処理に限定されるものではない。例えば、信号解析部１５は、変調解析を行うものでも良く、Power vs Time、Frequency vs Time、Phase vs Time等の処理を行うものであっても良い。つまり、これらの解析処理方法も本発明に適用可能である。なお、これらの解析処理方法は、信号分析装置の当業者であれば理解できる方法なので、それらの詳細は割愛する。

ＦＦＴ処理部１５ａは、操作部１７から受けた、観察周波数ｆｖ、観察時間ｔｖを受けて、同期用データ生成部１９ａから該当する測定周波数、及びクロックの経過時間の時間領域データ（ＲＦデータ）を読み出すようになっている。

そして、ＦＦＴ処理部１５ａは、受けた時間領域データを所定時間間隔でＦＦＴ処理して周波数領域データに変換して、操作部１７から指定された観察帯域幅ΔＦの範囲で所望の分解能帯域幅（ＲＢＷ）で各周波数成分とその大きさを算出するようになっている。

このとき、ＦＦＴ処理部１５ａは、ＦＦＴ処理する処理のタイミングの時間間隔をΔｔとすると、観察周波数の時間領域データから各処理タイミングで時間窓ΔＴ（ΔＴ≧Δｔ）だけの時間領域データを補正部１９ｄから読み出してＦＦＴ処理するようになっている。

そして、ＦＦＴ処理部１５ａは、処理タイミングを１間隔Δｔだけ時間窓Ｔごとずらしながら、観察時間のｔｖになるまで繰り返しＦＦＴ処理を行うようになっている。つまり、ＦＦＴ処理部１５ａは、ｍ×Δｔ（例えば、ｍは、１〜ｔｖ／Δｔ）のタイミングで時間位置（アドレス）ｍ×Δｔを中心とした±ΔＴ／２間の時間領域データを読み出してＦＦＴ演算し、これをｍ＝ｔｖ／Δｔになるまで繰り返すようになっている。

時間窓ΔＴは、時間領域データを周波数領域データに変換するのに十分な時間である。極端な例では、１周期にも満たない時間領域データを周波数領域データに変換してもその周波数が分解能良く特定できない恐れがある。なお、タイミングの時間間隔Δｔは、Ａ／Ｄ変換部１４のクロックと同じ周期であっても良い。

検波部１５ｂは、各周波数成分の大きさ（パワー）を実効値、平均値、もしくはピーク値に変換して出力（以下、これを「パワー」と言う。）するようになっている。ログ変換部１５ｃは、検波部１５ｂからの出力を対数に圧縮して記憶部１５ｄへ送るようになっている。

記憶部１５ｄは、例えば、一方のアドレスを観察周波数ｆｖ、他方のアドレスを観察時間ｔｖの経過とするメモリ領域に、該当する周波数成分のパワーを記憶するようになっている。

表示部１６は、記憶部１５ｄに記憶された観察周波数各成分のパワーを、例えば観察周波数を縦軸、観察時間を横軸とする座標に色パラメータとして表示するようになっている。

以下、図１，２を参照しながら、本実施形態の同期システム１における複数台の信号分析装置間の同期方法について説明する。簡単のため、２台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２に着目して説明する。

まず、操作者が信号分析装置ＳＡ１の操作部１７を操作することにより、信号分析装置ＳＡ１に同期補正値算出モードが指定される。これにより、信号分析装置ＳＡ１の切替部１９ｂは、同期用データ生成部１９ａの出力側を、同期補正値算出部１９ｃの入力側、及び、データ入出力端子１２に接続する。

次に、信号発生器１００が、信号入力端子２１を介して同一の位相変調信号を、２台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２のＲＦ部１３のミキサ部１３ｃに同時に入力する。位相変調信号は、例えば正弦波の信号であるとする。さらに、信号発生器１００は、トリガ入力端子１１を介して同一のトリガ信号を、２台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２の同期処理部１９の同期用データ生成部１９ａに同時に入力する（位相変調信号入力段階）。

次に、ミキサ部１３ｃは、信号発生器１００から出力された位相変調信号と、ローカル信号発生部１３ｂから出力されたローカル信号とをミキシングすることにより、位相変調信号を所定の中間周波数帯の中間周波数信号に変換して出力する。

次に、Ａ／Ｄ変換部１４は、ミキサ部１３ｃから出力された中間周波数信号を制御部１８からの所定のクロックでサンプリングして、デジタルデータに変換する。

次に、信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２の同期用データ生成部１９ａは、Ａ／Ｄ変換部１４から出力されたデジタルデータを、信号発生器１００から入力されたトリガ信号のタイミングを基準とした時刻に対応付けた同期用データとして出力する（同期用データ生成段階）。

次に、同期補正値算出部１９ｃが行う同期補正値算出段階の処理について説明する。ここでは、信号分析装置ＳＡ１の同期補正値算出部１９ｃが、信号分析装置ＳＡ１の同期用データ生成部１９ａで生成された同期用データと、信号分析装置ＳＡ２の同期用データ生成部１９ａで生成された同期用データに基づいて、同期補正値を算出する場合を例に挙げる。

信号分析装置ＳＡ１側の同期用データのデータ列ｓ_１（ｔ）の振幅をＡ_１、信号分析装置ＳＡ２側の同期用データのデータ列ｓ_２（ｔ）の振幅をＡ_２、データ列ｓ_１（ｔ）のローカル信号発生部１３ｂに起因する初期位相をφ_１［ｒａｄ］、データ列ｓ_２（ｔ）のローカル信号発生部１３ｂに起因する初期位相をφ_２［ｒａｄ］、最大位相偏移量をｋ［ｒａｄ］とすると、データ列ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ）はそれぞれ数２、数３のように表される。

ｓ_１（ｔ）とｓ_２（ｔ）のタイミング差がτ［ｓ］であるとした場合、データ列ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ）の比Ｒ＝ｓ_１／ｓ_２は数４のように与えられる。

和積の公式を用いて数４を変形すると、数５のようになる。

ｓ_１（ｔ）とｓ_２（ｔ）の振幅比Ａは、数５のＡ_１／Ａ_２から求めることができる。また、ｓ_１（ｔ）とｓ_２（ｔ）の位相差φ［ｒａｄ］は、数５のｅｘｐ｛ｉ（φ_１−φ_２）｝から求めることができる。また、タイミング差τ［ｓ］は、数５のｅｘｐ｛ｉ２ｋｓｉｎ（ｂτ／２）ｓｉｎ（ｂｔ）｝から求めることができる。

数５をグラフで表記すると図４に示すようになる。図４（ａ）は数５の振幅比Ａを表している。また、図４（ｂ）は数５の位相成分を表している。

数５は連続関数であるが、実際には同期補正値算出部１９ｃは、Ａ／Ｄ変換後の離散値を扱うこととなる。即ち、実際に同期補正値算出部１９ｃで算出されるデータ列ｓ_１（ｎ），ｓ_２（ｎ）の比Ｒ＝ｓ_１／ｓ_２は離散値データであり、これをＲ_ｑ（ｎ）と表す。

同期補正値算出部１９ｃは、数６に示すようにＲ_ｑ（ｎ）の平均振幅を求めることにより、振幅比Ａを算出する。

ここで、データ列の平均範囲を示すＮは、位相変調信号の変調周期の整数倍の時間に対応する値にするのが望ましい。なぜならば、位相成分は位相変調信号の変調周期の正弦波として表されるため、数６で誤差なく平均値を出すためには、Ｎを変調周期の整数倍にする必要があるためである。

次に、同期補正値算出部１９ｃは、位相差φとタイミング差τを算出するためにＲ_ｑ（ｎ）の位相成分θ_ｑ（ｎ）を数７より求める。

同期補正値算出部１９ｃは、最小二乗法を用いて、数７で表される離散値の集合と数８のｓｉｎ関数とのフィッティングを行うことにより、パラメータ（ｐ，ｑ，ｒ）を最適化する。数８において、ｐは数９に示す位相変調の振幅に対応している。また、ｂは位相変調の速度の情報を含む既知の値である。また、ｑはタイミング差τの情報を含んでいる。また、ｒは初期位相の位相差φ＝φ_１−φ_２に対応している。

データ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）の観測誤差をε_ｉと表すと、数８は数１０のように表現できる。

観測誤差ε_ｉの二乗平均誤差Ｅは、数１１のように表される。

観測誤差ε_ｉは、三角関数の加法定理により数１２に示すように変形される。

ただし、数１２におけるｐ'とｑ'は数１３のように与えられる。

ここで、最小の二乗平均誤差Ｅをもたらす値（ｐ'，ｑ'，ｒ）の組み合わせを決定するためには、数１４に示すように、二乗平均誤差Ｅが値（ｐ'，ｑ'，ｒ）において極値を持つことが必要条件になる。

数１４の各式を計算すると、数１５〜１７に示すようになる。

上記の数１５〜１７として示した３つの方程式は、パラメータ（ｐ'，ｑ'，ｒ）にのみ注目すれば３変数の連立一次方程式として扱うことができる。したがって、数１５〜１７は数１８に示すような行列で表すことができる。

簡単のため、数１８を数１９のように書き直す。

数１９の両辺に逆行列Ｃ^−１を掛けると数２０に示すようになり、最適化された（ｐ'，ｑ'，ｒ）を求めることができる。

また、数１３の関係より数２１が得られ、パラメータｐ，ｑの値を求めることができる。ただし、ａｔａｎ２（ａ，ｂ）はｙ方向ａ，ｘ方向ｂの時の偏角を計算する関数である。

以上から、位相差φ［ｒａｄ］の推定値は数２２のように与えられる。また、タイミング差τ［ｓ］の推定値は、既に述べた数９の関係から数２３のように与えられる。

ここで、一意にτを求めるためには、（ｂτ／２）が、例えば［−π／２，π／２）のように幅π未満の範囲内の値でなければならない。したがって、タイミング差τの絶対値の最大値をτ_ｍ［ｓ］とすると、例えば数２４が成り立つようにｂの値を制限する必要がある。

つまり、信号発生器１００から出力される位相変調信号の位相変調の速度は、数２４によって規定される。

以上のようにして、同期補正値算出部１９ｃは、数６より振幅比Ａ、数２２より位相差φ、数２３よりタイミング差τを同期補正値として算出することができる。

次に、操作者が例えば信号分析装置ＳＡ２の操作部１７を操作することにより、信号分析装置ＳＡ２にＲＦ信号測定モードが指定される。これにより、信号分析装置ＳＡ２の切替部１９ｂは、同期用データ生成部１９ａの出力側を、補正部１９ｄの入力側に接続する。

次に、信号分析装置ＳＡ２のＲＦ部１３のミキサ部１３ｃに、被測定対象から出力されたＲＦ信号が入力される。さらに、信号発生器１００は、トリガ入力端子１１を介して同一のトリガ信号を、２台の信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２の同期処理部１９の同期用データ生成部１９ａに同時に入力する（ＲＦ信号入力段階）。

次に、ＲＦ信号が入力された信号分析装置ＳＡ２のミキサ部１３ｃは、ＲＦ信号と、ローカル信号発生部１３ｂから出力されたローカル信号とをミキシングすることにより、ＲＦ信号を所定の中間周波数帯の中間周波数信号に変換して出力する。

次に、信号分析装置ＳＡ２のＡ／Ｄ変換部１４は、ミキサ部１３ｃから出力された中間周波数信号を制御部１８からの所定のクロックでサンプリングして、デジタルデータに変換する。

次に、信号分析装置ＳＡ２の同期用データ生成部１９ａは、Ａ／Ｄ変換部１４から出力されたデジタルデータを、信号発生器１００から入力されたトリガ信号のタイミングを基準とした時刻に対応付けたＲＦデータとして出力する（ＲＦデータ生成段階）。

次に、信号分析装置ＳＡ２の補正部１９ｄが、信号分析装置ＳＡ１の同期補正値算出部１９ｃで算出された同期補正値により、信号分析装置ＳＡ２に入力されるＲＦ信号に由来するＲＦデータの振幅、位相、及びタイミングの補正を行う（補正段階）。

このようにして、本実施形態の同期システム１は、信号分析装置ＳＡ１を基準として、信号分析装置ＳＡ２の装置内部の経路に起因する伝搬遅延を補正することができる。同様に、信号分析装置ＳＡ１を基準として、残りの信号分析装置ＳＡ３，ＳＡ４，・・・に対しても、本実施形態の同期方法を順次実施することにより、全ての信号分析装置ＳＡ１，ＳＡ２，・・・間で同期を取ることが可能となる。

なお、上記の同期補正値算出モードにおける同期補正値の算出及び設定は、信号分析装置または同期システムの出荷前に行われても良いし、ＲＦ信号測定モードの処理の前に毎回行われても良く、あるいは、操作者により任意のタイミングで行われても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、２つの信号分析装置を順次選択し、当該２つの信号分析装置で生成された同期用データの比を求め、その比に対して平均処理、最小二乗法によるフィッティングを行うことにより、ＡＤＣクロック以上の確度で信号分析装置間のタイミングを補正することができる。

これにより、複数の信号分析装置を用いて被測定信号の測定を行う場合に、それぞれの信号分析装置同士の同期を完全に取ることができるため、極めて精度の良い測定を行うことが可能となる。

本発明の信号分析装置、同期システム、及び同期方法は、例えばＭＩＭＯなどの技術を用いた、複数の異なる信号を同時に送受信する通信システムに適用することができる。

１ 同期システム
ＳＡ１，ＳＡ２，・・・ 信号分析装置
１１ トリガ入力端子
１２ データ入出力端子
１３ ＲＦ部
１３ａ 掃引部
１３ｂ ローカル信号発生部
１３ｃ ミキサ部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 信号解析部
１５ａ ＦＦＴ処理部
１５ｂ 検波部
１５ｃ ログ変換部
１５ｄ 記憶部
１６ 表示部
１７ 操作部
１８ 制御部
１９ 同期処理部
１９ａ 同期用データ生成部
１９ｂ 切替部
１９ｃ 同期補正値算出部
１９ｄ 補正部
１９ｄ−１ 振幅補正部
１９ｄ−２ 位相補正部
１９ｄ−３ タイミング補正部
２０ 筐体
２１ 信号入力端子
２２ 基準周波数入力端子
１００ 信号発生器

Claims (5)

1. 被測定対象から出力されたＲＦ信号に対して信号分析を行う信号分析装置（ＳＡ１，ＳＡ２，・・・）であって、
   ローカル信号を発生するローカル信号発生部（１３ｂ）と、
   前記ＲＦ信号、または、外部からの位相変調信号が前記ローカル信号とともに入力され、当該ＲＦ信号または当該位相変調信号を所定の中間周波数帯の中間周波数信号に変換して出力するミキサ部（１３ｃ）と、
   前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルの信号列に変換するＡ／Ｄ変換部（１４）と、
   前記ミキサ部に前記位相変調信号が入力された場合に、前記中間周波数信号を外部から入力されたトリガ信号のタイミングを基準とした時刻に対応付けた同期用データとして出力する同期用データ生成部（１９ａ）と、
   前記同期用データ生成部から出力された前記同期用データと外部から入力された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及び時間差を同期補正値として算出することが可能な同期補正値算出部（１９ｃ）と、
   前記ミキサ部に前記ＲＦ信号が入力された場合に、前記同期補正値算出部によって算出された前記同期補正値、または、外部から入力された同期補正値に基づいて、前記ＲＦ信号の振幅、位相、及び時間の補正を行う補正部（１９ｄ）とを備えることを特徴とする信号分析装置。
2. 複数台の請求項１に記載の信号分析装置間の同期処理を行う同期システム（１）であって、
   前記複数台の信号分析装置のうちの２台の前記ミキサ部に同一の位相変調信号を同時に入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力する信号発生器（１００）を備えることを特徴とする同期システム。
3. 前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期用データ生成部から出力された前記同期データが、前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記同期補正値算出部に入力されることを特徴とする請求項２に記載の同期システム。
4. 前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期補正値算出部から出力された前記同期補正値が、前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記補正部に入力されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の同期システム。
5. 複数台の請求項１に記載の信号分析装置間の同期処理を行う同期方法であって、
   前記複数台の信号分析装置のうちの２台の前記ミキサ部に同一の位相変調信号を同時に入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力する位相変調信号入力段階と、
   前記２台の信号分析装置のうちの一方の前記同期用データ生成部によって、前記ミキサ部から出力された前記位相変調信号の中間周波数信号に前記トリガ信号のタイミングを基準とした時刻を対応付けた同期用データを生成する同期用データ生成段階と、
   前記同期用データ生成段階で生成された前記同期用データと前記２台の信号分析装置のうちの他方の前記同期用データ生成部によって生成された同期用データに基づいて、当該２つの同期用データの振幅比、位相差、及び時間差を同期補正値として算出する同期補正値算出段階と、
   前記２台の信号分析装置のいずれかの前記ミキサ部に被測定対象から出力されたＲＦ信号を入力するとともに、前記２台の信号分析装置の前記同期用データ生成部に同一のトリガ信号を同時に入力するＲＦ信号入力段階と、
   前記ＲＦ信号が入力された信号分析装置の前記同期用データ生成部によって、前記ミキサ部から出力された前記ＲＦ信号の中間周波数信号に前記トリガ信号のタイミングを基準とした時刻を対応付けたＲＦデータを生成するＲＦデータ生成段階と、
   前記同期補正値算出段階によって算出された前記同期補正値に基づいて、前記ＲＦデータの振幅、位相、及び時間の補正を行う補正段階とを含むことを特徴とする同期方法。

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